本研究之目的，在研發利用「科學博物館」作為戶外教學的場所的地球系統教學模組，稱為地球系統科博館多元化教學模組(Earth System-Science Museum Instructional Module，ESSMIM)，並藉由實驗教學活動來評估此教學模組對高二學生的影響，研究結果應可以提供未來高中「非制式戶外科學教育」課程設計之參考。ESSMIM符合「學習循環模式」的設計原則，包括引起動機、調查研究、分析解釋及應用評估四個階段，同時搭配實際行動，以行前準備與導覽、學習追蹤、科博館參觀、課後討論等活動步驟，作為貫穿整個教學模組的主要流程。研究工具包括(1)科學博物館學習環境量表(Science Museum Invoked Learning Environment Inventory，SMILE)，分為學生心目中理想之科學博物館學習環境(Cronbach，s α = .85 ~ .89)，以及實際經歷之科學博物館學習環境(Cronbach，s α= .86 ~ .87)兩向度；(2)對地球科學學習態度問卷(Attitude Toward Earth Science Inventory，ATESI；Cronbach，s α= .92 ~ .96)；(3)科學博物館學習成效量表(Learning Outcome Instrument of Science Museum，LOISM； rKR-20 = .72 ~ .98)；與(4)晤談工具。本研究採實驗研究法之單一組前後測設計，共進行二次實驗教學研究工作，以台中市某國立高中(第一次n=20，第二次n=34)男校之高二第一類組學生為研究對象。在ESSMIM教學前後進行評量工具的施測，並於教學後二週內進行教師與學生的晤談工作。資料分析以敘述性統計、t考驗、相關分析等方法描述「量」方面的研究結果；質性資料經過編碼，並與量化資料做交叉分析及三角校正後進行深入探討。研究結果顯示：(1)學生理想中之科博館學習環境，不論在實驗教學前後，其SMILE分數皆顯著高於實際所經歷的科博館學習環境；(2)和以前實際所經歷的科博館學習環境比較，ESSMIM營造出較符合學生預期理想的科學博物館學習環境。藉由質性交叉分析資料，學生表示在ESSMIM獲得的學習經驗較以前的學習經驗更具目標性、系統化；(3)經歷ESSMIM後，學生在預期理想與實際經歷的科博館學習環境差距上，有顯著縮小趨勢，似乎顯示ESSMIM更符合學生心目中預期的科博館學習方式；(4)學生經過ESSMIM後，對地球科學有較正向的態度，其中在第一次實驗教學達顯著，效果量達Cohen’s d =1.05；(5)經過ESSMIM，學生在學習成就上亦有增長的改變，其中在第二次實驗教學達顯著，顯示ESSMIM教學對學生相關知識成長有正面幫助；(6)經歷ESSMIM後，學生心目中理想之科博館學習環境與實際經歷的學習經驗呈現高度正相關；(7)教師、學生對於ESSMIM學習方式皆表示滿意，教師亦認為這樣的多元教學模組有機會並值得在中學階段推行。而學生正向的回饋表現，更呼應了ESSMIM之設計理念與期望。本研究過程中發現，學生會主動在分組團體中互相討論與課程內容有關的資訊，部分學生表示「科博館是一個很好的學習資源，這種生活化的學習方式，將能夠實際應用在生活週遭」，顯示ESSMIM的教學貢獻。透過本研究，期望能夠提供中學科學統整教育另一項思維——藉由鄰近的科學教育資源，使自然科學變得更有趣，進而讓學生關心生活週遭的相關事物。

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